JPH04329599A - ピッチ抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力された音声信号か
ら、その波形のピッチ（音高）を抽出するピッチ抽出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば人が歌う歌声やマイク
ロフォンから採取した楽音などの繰り返し波形からなる
音声信号から、そのピッチ周波数又はピッチ周期（以下
、単に「ピッチ」と呼ぶ）を抽出したいという要請が強
い。ピッチを抽出できれば、例えば、そのピッチの音高
に対応する楽音を電子楽器等から発音させることができ
るようになるなど、抽出されたピッチ情報を様々な処理
に用いることが可能となる。

【０００３】従来から、音声信号からピッチを抽出する
技術として種々の手法が提案されているが、その中でも
時間域の音声信号から直接ピッチを抽出する方式は、演
算量が少なく、リアルタイム処理が容易に実現可能であ
る。

【０００４】時間域のピッチ抽出方式の第１の従来例と
しては、例えば、入力波形の隣接するゼロクロス点（振
幅が０となる時間位置）の間の時間を、その波形のピッ
チ周期として求める方式がある。

【０００５】また、第２の従来例として、入力波形をロ
ーパスフルタに通して倍音成分を除去してから、ゼロク
ロス間隔を抽出するようにした方式もある。更に、第３
の従来例として、入力波形の自己相関値を演算して、そ
の値がピークとなる自己相関のずれ量からピッチ周期を
抽出する方式も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、人の声などは
倍音をかなり含み、入力波形の１ピッチ周期中にゼロク
ロス点が何回か出現するため、第１の従来例のように単
純にゼロクロス間隔を抽出する方式では、正しい周期が
求められずピッチ抽出誤りが大きいという問題点を有し
ている。

【０００７】また、第２の従来例では、ローパスフィル
タのカットオフ周波数を下げると、ピッチを抽出できる
音域が低い音域に限られてしまい、逆に、カットオフ周
波数を上げると倍音成分が残ってピッチ抽出誤りが増加
してしまうという、相反する問題点を有している。

【０００８】更に、第３の従来例は、時間域の処理であ
るにもかかわらず、非常に多くの演算量を必要とし、リ
アルタイムで入力波形のピッチを抽出する目的には適さ
ないという問題点を有している。

【０００９】本発明の課題は、上述のような倍音成分に
よるゼロクロスの影響をなくし、一ピッチ周期に相当す
る入力波形のゼロクロス間隔の正しい計測を可能とする
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、まず、入力波
形が負又は正の第１の極性から他方の第２の極性へゼロ
クロスするゼロクロス点からつぎに前記第２の極性から
前記第１の極性へゼロクロスするゼロクロス点までの間
隔を第１の間隔として計測する第１の間隔計測手段を有
する。

【００１１】つぎに、第１の間隔計測手段が第１の間隔
の計測を行っている間の入力波形の各振幅の絶対値の最
大値を第１の振幅最大値として計測する第１の振幅最大
値計測手段を有する。

【００１２】つぎに、第１の間隔計測手段による計測の
終了後、入力波形が第１の極性から第２の極性へゼロク
ロスするゼロクロス点からつぎに第２の極性から第１の
極性へゼロクロスするゼロクロス点までのそれぞれの区
間の間隔を第２の間隔として順次計測する第２の間隔計
測手段を有する。

【００１３】つぎに、第２の間隔計測手段が各第２の間
隔の計測を順次行っているそれぞれの区間において入力
波形の各振幅の絶対値の最大値を第２の振幅最大値とし
て順次計測する第２の振幅最大値計測手段を有する。

【００１４】さらに、第１の間隔計測手段による計測が
開始されたゼロクロス点からの間隔を逐次計測する第３
の間隔計測手段を有する。上述の第１、第２、第３の各
間隔計測手段は、例えばカウンタによって構成される。

【００１５】また、第２の計測手段が各第２の間隔の計
測を開始した各時点において第３の間隔計測手段が計測
している間隔を周期情報として順次更新しながら記憶す
る間隔記憶手段を有する。

【００１６】加えて、第１の間隔計測手段が計測した第
１の間隔と第２の間隔計測手段が順次計測した各第２の
間隔が所定の許容誤差範囲内で一致し、かつ第１の振幅
最大値計測手段が計測した第１の振幅最大値と第２の振
幅最大値計測手段が順次計測した各第２の振幅最大値が
所定の許容誤差範囲内で一致したか否かを順次判定する
判定手段を有する。

【００１７】そして、判定手段が一致を検出した時点で
時間記憶手段に記憶されている周期情報を入力波形のピ
ッチ情報として出力し、その後、第１の間隔計測手段に
よる計測処理から順に各処理を繰り返させることにより
入力波形からピッチ情報を順次抽出する繰り返し制御手
段を有する。

【００１８】上述の発明の構成において、判定手段が一
致を検出しなかった時点において、第３の間隔計測手段
が計測している間隔が予め設定された最低音のピッチ周
期に対応する間隔を越えたか否かを判定し、越えたと判
定した場合に、第１の間隔計測手段による計測処理から
各処理をやり直させる制限手段を有するように構成でき
る。

【００１９】

【作用】音声信号は、ピッチ周期毎に１つ以上の波形の
山が繰り返す波形として構成され、各ピッチ周期内の各
波形の山は連続するピッチ周期間で相似形を呈する。そ
して、隣接するピッチ周期のほぼ相似の波形の山のそれ
ぞれの両端のゼロクロス点間の間隔及び山の高さは、互
いにほぼ等しいという特徴を有する。

【００２０】本発明は、この点に着目して、まず、第１
の間隔計測手段が１つの波形の山の両端のゼロクロス点
の間隔を計測し、第１の振幅最大値計測手段がその山の
高さに対応する第１の振幅最大値を計測する。また、第
２の間隔計測手段がそれ以後順次現れる山の両端のゼロ
クロス点の間隔を順次計測し、第２の振幅最大値計測手
段が各山の高さに対応する第２の振幅最大値を計測する
。

【００２１】そして、判定手段が、上述の第１の間隔と
それぞれの第２の間隔が所定の許容誤差範囲内で一致し
、かつ第１の振幅最大値とそれぞれの第２の振幅最大値
が所定の許容誤差範囲内で一致したか否かを順次判定し
、一致した時点における第１の間隔に対応する山から当
該第２の間隔に対応する山の先頭までの間隔をピッチ情
報として抽出する。このピッチ情報は、間隔記憶手段に
記憶された第３の計測手段の各計測間隔である周期情報
として得ることができる。

【００２２】このようにして、倍音成分による影響に関
わらず、入力波形のピッチを安定して抽出することがで
きる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
つき説明する。 ＜実施例の構成＞図１は、本発明の実施例の全体構成図
である。

【００２４】同図において、例えば特には図示しないマ
イクロフォンによって採取された１人の人が歌う歌声や
アナログ楽器の単音の演奏音などのアナログ信号は、直
流成分を除くためのキャパシタ１を介してＡ／Ｄ変換器
２に入力され、デジタル信号に変換される。

【００２５】ＣＰＵ（中央演算制御装置）３は、ＲＡＭ
（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）４をワ
ークメモリとして、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅ
ｍｏｒｙ）９に記憶されたプログラムを実行することに
より、入力音声信号の音高（ピッチ）に関する情報を抽
出する。

【００２６】つぎに、音源５はＣＰＵ３の制御により、
上記音高に関する情報に基づくノートナンバーと、演奏
者が音色選択スイッチ（図示はしていない）などで選択
した音色（例えば、上記歌声とはまったく異なるトラン
ペットなどの管楽器の音色）を有する楽音信号を生成す
る。そのあと、生成された楽音信号はＤ／Ａ変換器６で
アナログの楽音信号に変換され、増幅器７を介してスピ
ーカ８から楽音として放音される。

【００２７】なお、ＲＯＭ９には、上述のプログラムの
他に、後述するように、ピッチ抽出時に用いられる種々
のデータや、得られた入力信号の周期とノートナンバー
との対応を示すテーブル等を有する。

【００２８】上述の回路構成により、以下に説明する基
本動作原理に従って、入力される音声信号からピッチデ
ータ（以後、略称する場合は、単にピッチと呼ぶ）の抽
出が行われる。＜実施例の基本動作原理＞通常、例えば
人の歌声などのように、ピッチ感が明瞭でかつ単音で演
奏される音声は、図２に示すように、ピッチ周期（例え
ば■）毎に繰り返される、ほぼ相似の波形要素（例えば
同図のａとｄ、ｂとｅ、ｃとｆ）で構成されている。

【００２９】このような音声は、その音声に含まれる倍
音成分のために、その波形が振幅０の基準レベルを横切
るゼロクロス点を１ピッチ周期内に数多く有している。 そのため、このような周期性を有する波形からそのピッ
チ周期を求めるには、いずれのゼロクロス点の間をピッ
チ周期とするかを決定しなければならないが、上述のよ
うな周期性を有する波形にはつぎのような特徴がある。

【００３０】すなわち、隣接するピッチ周期のほぼ同形
の波形（例えば上記ａとｄ）のそれぞれのゼロクロス点
（例えばＺ１〜Ｚ２とＺ７〜Ｚ８）で定まる区間（例え
ば■と■）の時間と、Ａ／Ｄ変換された振幅値の最大値
（例えばＰａとＰｄ）はほぼ等しい。

【００３１】本発明は、この点に着目して、隣接するゼ
ロクロス点間の時間と振幅の最大値の両方の両方がほぼ
等しい２つの区間（例えば■と■）を見出すことにより
、その２つの区間のそれぞれの開始点（例えばＺ１とＺ
７）の間の時間間隔を抽出して、ピッチ周期を抽出する
。

【００３２】上述のような基本動作原理に従って動作す
る本実施例の動作について、以下に説明する。 ＜実施例の概要＞図２において、例えば、波形ａのゼロ
クロス点Ｚ１〜Ｚ２の区間■の時間がカウントされ、そ
のカウント値ＣＯＵＮＴ　１　が第１のカウンタに保持
される。つぎに、波形ａと同じ極性を有する波形ｂ、ｃ
、ｄ・・・のそれぞれの区間■、■、■の時間が順次カ
ウントされ、そのカウント値ＣＯＵＮＴ　２　は、ＣＯ
ＵＮＴ　１　とほぼ等しい値が得られるまで順次更新さ
れながら、第２のカウンタに保持される。

【００３３】この場合に、ゼロクロス点Ｚ１から、波形
ｂ、ｃ、ｄのそれぞれのゼロクロス点Ｚ３、Ｚ５、Ｚ７
までの時間■、■、および■が第３のカウンタによって
カウントされる。そのカウント値ＣＯＵＮＴ　３は、こ
の入力音声信号のピッチ周期となる可能性を有するので
、ピッチ周期となるカウント値が得られるまで、順次更
新されながらＲＡＭ４内の変数ＰＩＴＣＯＵＮＴＥＲ　
に保存される。また、波形ａの振幅の最大値ＰａがＲＡ
Ｍ４内の変数ＭＡＸ　１　に、波形ｂ、ｃ、ｄのそれぞ
れの最大値Ｐｂ　、Ｐｃ　、Ｐｄ　が、順次更新されな
がらＲＡＭ４内の変数ＭＡＸ２　に書き込まれてゆく。

【００３４】そして、区間■の時間とほぼ等しい時間を
有する区間■が見出され、また両区間■、■のそれぞれ
の振幅の最大値に相当する各変数Ｐａ　とＰｄ　に書き
込まれた値が、ほぼ等しいことが確認されると、両区間
■、■のそれぞれのゼロクロス点Ｚ１、Ｚ７の間の時間
■に相当するカウンタ値が上記メモリ変数ＰＩＴ　ＣＯ
ＵＮＴＥＲ　から読み出され、ピッチ周期として確定さ
れる。そして、そのピッチ周期に対応するノートナンバ
ーがＲＯＭ９内のテーブルから求められる。 ＜本実施例の動作＞つぎに、上述の動作原理に従い、入
力波形のピッチを求める動作を、図３〜図７の動作フロ
ーチャートを用いて説明する。これらの動作フローチャ
ートは、図１のＣＰＵ３が、ＲＯＭ９内に記憶されてい
る制御プログラムを実行する動作として実現される。

【００３５】図３において、まず、ＲＡＭ４のイニシャ
ル・セットが行われる。すなわち、音声信号を読み出す
時点がその信号波形のいかなる状態（ｓｔａｔｕｓ）に
対応するかを示すステータス・フラグ（ＳＴＡＴＵＳ　
ＦＬＡＧ　、図２参照）、入力音声信号の波形エンベロ
ープの大きさを示す変数ＥＮＶ、ピッチ抽出の結果得ら
れたピッチに対応するノートナンバーを保持する変数Ｐ
ＩＴ　、現在発音中のノートナンバーを保持する変数Ｏ
Ｎ　ＮＯＷ、第１、第２、第３の３個のカウンタのそれ
ぞれのカウント値を保持する変数ＣＯＵＮＴ　１，ＣＯ
ＵＮＴ　２，ＣＯＵＮＴ　３　、および１つ前のＡ／Ｄ
変換値を保持する変数ＡＤＭＥＭ　などの各内容がすべ
てクリアされる（ステップＳ３０１）。なお、ＰＩＴ　
やＯＮＮＯＷ　の値が０ということは、それぞれピッチ
抽出された音が無い、または現在発音中の音が無いこと
を示す。

【００３６】つづいて、入力音声信号の１サンプリング
分のＡ／Ｄ変換の終了を待って（Ｓ３０２）、つぎのス
テップＳ３０３に進み、ＣＰＵ３内のレジスタｒｅｇ１
にＡ／Ｄ変換したデータがセットされる。

【００３７】そのあと、ステータス・フラグによって処
理が３つに分岐される（ステップＳ３０４）。最初は、
図２のステータス・フラグ＝０の状態であるので、ステ
ップＳ３０５に進む。ステータス・フラグ＝０の状態で
は、入力波形の負側から正側へのゼロクロスの点Ｚ１を
検出するために、１つ前のＡ／Ｄ変換値ＡＤＭＥＭ　が
負で、かつ現在のＡ／Ｄ変換値が格納されているｒｅｇ
１が、正であるか否かが判定される。

【００３８】今の場合、ステップＳ３０５の判定はＮＯ
であり、ステップＳ３０７に進む。そして、今回Ａ／Ｄ
変換値がセットされたｒｅｇ１の値が変数ＡＤＭＥＭ　
に移され（ステップＳ３０７）、エンベロープ抽出（ス
テップＳ３０８）、楽音のノートオン／ノートオフ処理
（発音／消音処理、ステップＳ３０９）と進み、再びＡ
／Ｄ変換終了待ちとなる（ステップＳ３０２）。

【００３９】上記エンベロープ抽出（ステップＳ３０８
）と楽音のノートオン／ノートオフ（ステップＳ３０９
）に関する処理は、図５、図６のそれぞれの動作フロー
チャートに示されている。

【００４０】図５において、まず、現在のＡ／Ｄ変換値
（ｒｅｇ１の内容）の絶対値が演算され（ステップＳ５
０１）、そのあとローパスフィルタを通されて（デジタ
ルフィルタリング演算の実行による）、入力波形が整形
される（ステップＳ５０２）。そしてその結果得られた
値が変数ＥＮＶ　に格納される（ステップＳ５０３）。

【００４１】図６のノートオン／ノートオフ処理では、
まず変数ＥＮＶ　の大きさが所定の閾値（ＴＨＲＥＳＨ
ＯＬＤ）を超え、かつノートナンバーを保持する変数Ｐ
ＩＴ　の値が０より大きいか否かが判定される（ステッ
プＳ６０１）。

【００４２】その判定がＮＯならば、第１図の音源５の
すべて発音中の音の消音が指示され、かつ発音中の音が
無いことを示すために、変数ＯＮ　ＮＯＷがクリアされ
て（ステップＳ６０６）、メインルーチン（図３）に戻
る。

【００４３】また、ステップＳ６０１の判定がＹＥＳな
らば、ステップＳ６０２で現在発音中の音がないか否か
が判定され、その判定がＹＥＳならば、ステップＳ６０
５に進む。 ステップＳ６０２の判定がＮＯならば、発音中のノート
ナンバーを示す変数ＯＮ　ＮＯＷと抽出されたノートナ
ンバーを示す変数ＰＩＴ　の各値が比較される（ステッ
プＳ６０３）。比較の結果、両者が一致すれば、再発音
する必要がないのでメインルーチン（図３）に戻り、一
致しなければ、発音すべきノートナンバーが変化したこ
とになり、現在発音中の音の消音を音源５に指示し（ス
テップＳ６０４）、そのあとステップＳ６０５に進む。

【００４４】ステップＳ６０５において、ノートナンバ
ーを示す変数ＰＩＴ　に応じた発音指示が行われるとと
もに、変数ＯＮ　ＮＯＷに変数ＰＩＴ　の値が代入され
て、現在、変数ＰＩＴ　に対応するピッチを有する楽音
を発音中であることが示される。そのあとメインルーチ
ン（図３）に戻る。

【００４５】以上の処理は、負側から正側へのゼロクロ
ス点（図２のＺ１）に到達するまで繰り返され、やがて
、図３のステップＳ３０５の判定がＹＥＳとなり、ステ
ータス・フラグＳＴＡＴＵＳ　ＦＬＡＧ　が１にされる
（ステップＳ３０６）。 ここで図２に示す区間■の時間のカウント値ＣＯＵＮＴ
　１　、および時間■、または■、■のカウント値ＣＯ
ＵＮＴ　３　に初期値の１がセットされ、さらにＣＯＵ
ＮＴ　１　のカウントアップ中の入力波形の最大振幅値
を得るために、変数ＭＡＸ　１　に現在のＡ／Ｄ変換値
であるレジスタｒｅｇ　１　の値が書き込まれる。

【００４６】このあと前述と同様な動作が行われて、ふ
たたびステップＳ３０４に戻る。ここで、ＳＴＡＴＵＳ
　ＦＬＡＧ　＝１　の状態となったため、ステップＳ３
１０に移る。この状態では、図２の区分■に例示される
時間をカウントするために、第１のカウンタとしての変
数ＣＯＵＮＴ　１　（以下、第１のカウンタＣＯＵＮＴ
　１　と呼ぶ）のインクリメントが、また、区分■に例
示される時間をカウントするために第３のカウンタとし
ての変数ＣＯＵＮＴ　３　（以下、第３のカウンタＣＯ
ＵＮＴ　３　と呼ぶ）のインクリメントがそれぞれ開始
される。

【００４７】まず、ステップＳ３１０において、入力波
形の正側から負側へのゼロクロス点、すなわち図２の区
間■の終了点であるゼロクロス点Ｚ２を検出するために
、１つ前のＡ／Ｄ変換値が書き込まれた変数ＡＤＭＥＭ
　の値が正で、かつ現在のＡ／Ｄ変換値が書き込まれた
レジスタｒｅｇ　１　の値が負であるか否かが判定され
る。

【００４８】その判定がＮＯなら、第１のカウンタＣＯ
ＵＮＴ　１　の値が１増加させられ（ステップＳ３１１
）、図７の最大値検出ルーチンに進む（ステップＳ３１
２）。図７では、現在の入力値が変数ＭＡＸ　１　の値
以上であるか否かが判定され（ステップＳ７０１）、Ｍ
ＡＸ　１　以上であればＭＡＸ　１　に現在の入力値が
代入される（ステップＳ７０２）。一方、ＭＡＸ　１　
より小さければなにもしないで、図３の処理に戻る。 このようにして、変数ＭＡＸ　１　の値として、Ａ／Ｄ
変換値の最大値が求められる。

【００４９】上述のステップＳ３１２の処理の後、ステ
ップＳ３１４に進み、第３のカウンタＣＯＵＮＴ３　の
値が１増加させられる。以後、ステップＳ３１０→Ｓ３
１１→Ｓ３１２→Ｓ３１４→Ｓ３０７→Ｓ３０８→Ｓ３
０９→Ｓ３０２〜Ｓ３０４→Ｓ３１０・・・のループ処
理が繰り返され、繰り返し処理毎に第１のカウンタＣＯ
ＵＮＴ　１および第３のカウンタＣＯＵＮＴ　３　の値
が１づつ増加される。

【００５０】そして、ステップＳ３１０の判定がＹＥＳ
になり、正側から負側へのゼロクロス点Ｚ２に到達する
と、ステータス・フラグが２にされる（ステップＳ３１
２）。その後、ステップＳ３１４に進み、ＣＯＵＮＴ　
３　の値が１増加されたあと、ステップＳ３０７→Ｓ３
０８→Ｓ３０９と進み、ステップＳ３０２に戻る。

【００５１】以上のようなループ処理が行われて、図２
の区間■の時間に相当するカウンタ値が第１のカウンタ
ＣＯＵＮＴ　１　に保持され、また、波形ａの振幅値の
最大値が変数ＭＡＸ　１　にそれぞれ保持される。

【００５２】つぎに、ステップＳ３１２でステータス・
フラグは２にされているので、今回はステップＳ３０２
〜Ｓ３０４から、図４のステップＳ４０１→Ｓ４０２と
進む。ステップＳ４０２では、負側から正側へのゼロク
ロス点（図４のＺ３）を検出するために、図３のステッ
プＳ３０５と同じ処理、すなわち、変数ＡＤＭＥＭ　の
値（１つ前のＡ／Ｄ変換値）が負で、かつレジスタｒｅ
ｇ１の値（現在のＡ／Ｄ変換値）が正であるか否かが判
定される。

【００５３】その判定がＮＯである間は、Ｓ４０２→Ｓ
３１４（図３）→Ｓ３０７〜Ｓ３０９→Ｓ３０２〜Ｓ３
０４→Ｓ４０１（図４）→Ｓ４０２・・・のループ処理
が繰り返され、各繰り返し毎に第３のカウンタＣＯＵＮ
Ｔ　３　のカウント値が１づつ増加させられる（Ｓ３１
４）。

【００５４】そして、ステップＳ４０２の判定がＹＥＳ
になって、負側から正側へのゼロクロス点Ｚ３に到達す
ると、ステータス・フラグが３にされ、このときのＣＯ
ＵＮＴ　３　の値（図２の時間■に相当）が変数ＰＩＴ
　ＣＯＵＮＴＥＲ　に保存される（ステップＳ４０３）
。このＰＩＴ　ＣＯＵＮＴＥＲ　の値は、抽出すべきピ
ッチに対応する周期の候補、すなわち、図２の区間■の
カウント値になる可能性を有するものとして、保持され
る。そして、第２カウンタとしての変数ＣＯＵＮＴ２を
１ずつ増加することが開始される。

【００５５】その後、ステップＳ４０３→Ｓ３１４（図
３）〜Ｓ３０９→Ｓ３０２〜Ｓ３０４→Ｓ４０１（図４
）と進む。今回はＳＴＡＴＵＳ　ＦＬＡＧ　＝３　の状
態となったため、ステップＳ４０１からステップＳ４０
４に進む。この状態ではＳＴＡＴＵＳ　ＦＬＡＧ　＝１
　の状態と同様な処理により、ＣＯＵＮＴ　２　のカウ
ントを増加させ、ＭＡＸ　２　に入力波形の最大値が求
められる。

【００５６】まず、ステップＳ４０４において、入力波
形の正側から負側へのゼロクロス点、すなわち図２の区
間■の終了点に相当するゼロクロス点Ｚ４を検出するた
めに、変数ＡＤＥＭの値（１つ前のＡ／Ｄ　変換値）が
正で、かつレジスタｒｅｇ１の値（現在のＡ／Ｄ　変換
値）が負であるか否かが判定される（ステップＳ４０４
）。

【００５７】この判定がＮＯの間は、ステップＳ４０４
→Ｓ４０５〜Ｓ４０６→Ｓ３１４（図３）〜Ｓ３０９→
Ｓ３０２〜Ｓ３０４→Ｓ４０１（図４）→Ｓ４０４のル
ープ処理が繰り返され、各繰り返しにおいてステップＳ
４０５の処理が行われる毎に、第２のカウンタＣＯＵＮ
Ｔ　２　に値１が加えられるとともに、ステップＳ４０
６で変数ＭＡＸ　２　にＡ／Ｄ変換値の最大値が求めら
れる。

【００５８】ＭＡＸ　２　に最大値を求めるルーチンは
、ＳＴＡＴＵＳ　ＦＬＡＧ　＝１　の状態と同様な処理
であり、図７のステップＳ７０３以降に示されている。 ここでは、現在の入力値が変数ＭＡＸ　２　の値以上で
あるか否かが判定され（ステップＳ７０３）、ＭＡＸ　
２　以上であればＭＡＸ　２　に現在の入力値が代入さ
れる（ステップＳ７０４）。一方、ＭＡＸ　２　より小
さければなにもしないで、図４の処理に戻る。このよう
にして、変数ＭＡＸ　２　の値として、Ａ／Ｄ変換値の
最大値が求められる。

【００５９】上述の処理によって今回は、図２の入力波
形の区間■の時間と波形ｂの最大値Ｐｂ　が求められる
ことになる。なお、上述の各繰り返し毎に第３のカウン
タＣＯＵＮＴ　３　の値も１づつ増加される（Ｓ３１４
）。

【００６０】ステップＳ４０４の判定がＹＥＳになると
、ゼロクロス点Ｚ４が検出されたことになり、ここでス
テータス・フラグが４に変えられる（ステップＳ４０７
）。その後、図３のステップＳ３１４に進み、ＣＯＵＮ
Ｔ　３　が値１増加されたあと、ステップＳ３０７→Ｓ
３０８→Ｓ３０９〜Ｓ４０１（図４）と進む。

【００６１】今回はＳＴＡＴＵＳ　ＦＬＡＧ　＝４　の
状態となったため、ステップＳ４０１からステップＳ４
０８に進む。この状態では、図２の区分■に対して区分
■、■、■が順次比較され、区分■とほぼ等しい時間を
有する区分■が見出されたとき、さらに、区間■、■の
それぞれの波形ａとｄのＡ／Ｄ変換値の最大値である変
数ＭＡＸ　１　とＭＡＸ　２　の値が比較され、これら
がほぼ等しくなることを判別することによって、図２の
区分■の時間を入力波形のピッチ周期と定める処理動作
が行われる。

【００６２】まず、いままでに得られた第１のカウンタ
ＣＯＵＮＴ　１　と第２のカウンタＣＯＵＮＴ　２のそ
れぞれの値がほぼ等しいか否か、すなわち、ＣＯＵＮＴ
　１　とＣＯＵＮＴ　２　のそれぞれの値の差の絶対値
が、許容誤差範囲内にあるか否かが判定される（ステッ
プＳ４０８）。この許容誤差範囲は、入力信号のサンプ
リング周波数とピッチ周波数に依存するが、経験的に決
定される。

【００６３】今の場合は、ＣＯＵＮＴ　１　とＣＯＵＮ
Ｔ　２　は、それぞれ図２の区間■と■のカウント値を
保持しているため、ステップＳ４０８の判定はＮＯとな
りステップＳ４０９に進む。ここで、入力音声信号に雑
音などが混入すると、それが原因となって、ステップＳ
４０８の判定がＮＯの状態が異常に長く続き、楽音の発
音指示が行われない場合がある。

【００６４】このような異常状態の発生を防ぐために、
音声信号のピッチ周期とされるべき時間をカウントする
第３のカウンタＣＯＵＮＴ　３　の値が常に監視され、
その値が音声信号の最低音のピッチ周期に比べてはるか
に大きい値を有する所定の制限値ＬＩＭＩＴ　を超えて
いるか否かが判定される（ステップＳ４０９）。

【００６５】この制限値も前述の許容誤差範囲と同様、
経験的に決定される。例えばサンプリング周波数を２０
ＫＨｚ　、最低抽出音高（ピッチ）を１１０．５Ｈｚ　
（音名：Ａ１に相当）とすると、２００００　÷１１０
．５　＝１８０．９９５　・・・となるため、制限値は
１８０前後とすればよい。

【００６６】ステップＳ４０９の判定がＹＥＳの場合、
すなわち異常状態の場合は、図３のステップＳ３１５に
進み、図２の音源５に対して、すべての発音中の音を消
音する指示がなされるとともに、変数ＯＮ　ＮＯＷがク
リアされる。そのあと、ステップＳ３０１に戻って、ふ
たたび上述のピッチ抽出の処理動作が実行し直される。

【００６７】ステップＳ４０９の判定がＮＯの場合は、
ステップＳ４１０に進んで、変数ＭＡＸ２の値は現在値
ｒｅｇ１に書きかえられ、更に第２のカウンタＣＯＵＮ
Ｔ　２　の値がクリアされ、ステータス・フラグは２に
戻される。そして、ふたたび、つぎのゼロクロスを求め
るための処理に入る。このとき変数ＰＩＴ　ＣＯＵＮＴ
ＥＲ　に保持された値は無効となるが、第３のカウンタ
ＣＯＵＮＴ　３　は依然カウントアップをつづけており
、また、第１のカウンタＣＯＵＮＴ　１　も図２の区間
■のカウント値を保持している。

【００６８】上述のようにしてステータス・フラグの２
の状態に戻された後は、前回と同様にステータス・フラ
グの３の状態、４の状態と進み、第２のカウンタＣＯＵ
ＮＴ　２　には図２の区間■のカウント値、変数ＰＩＴ
　ＣＯＵＮＴＥＲ　には同図の区間■の始まりから区間
■のゼロクロス点Ｚ５までのカウント値（図２の■）が
保持される。また、変数ＭＡＸ　２　に書き込まれたＡ
／Ｄ変換値の最大値はクリアされ、あらたに波形ｃの最
大値が求め直される。

【００６９】しかし、今回もＣＯＵＮＴ　１　の値（区
分■の時間に対応）とＣＯＵＮＴ　２　の値（区分■の
時間に対応）が一致しないため、ステップＳ４０８の判
定がＮＯとなる。そのためステップＳ４０９を介してス
テップＳ４１０に進み、ふたたびステータス・フラグが
２の状態から実行し直されることになる。

【００７０】そして、このつぎにステータス・フラグが
、ふたたび４の状態になったとき、ＣＯＵＮＴ　２　は
図２の区間■のカウント値を保持し、一方、ＰＩＴ　Ｃ
ＯＵＮＴＥＲ　は同図の時間■のカウント値を保持して
いる。そして、ステップＳ４０８において、初めてＹＥ
Ｓと判定され、ステップＳ４１１に進む。

【００７１】ステップＳ４１１では、さらに、変数ＭＡ
Ｘ　１　に保持されている波形ａのＡ／Ｄ変換値の最大
値と、変数ＭＡＸ　２　に保持されている波形ｄのＡ／
Ｄ変換値の最大値がほぼ一致するか否かが判定される。

【００７２】この判定がＮＯとされたときには、正しい
ピッチ周期に対応する波形ではないと判定されて、ステ
ップＳ４０９に進み、ＳＴＡＴＵＳ　ＦＬＡＧ　＝２　
の状態から処理が実行し直されて新たな波形が検索され
る。

【００７３】一方、ステップＳ４１１の判定がＹＥＳと
された場合には、正しいピッチ周期に対応する波形が求
まったと判定されて、ステップＳ４１２に進む。このと
きの入力波形のピッチ周期の正しい値は、ＰＩＴ　ＣＯ
ＵＮＴＥＲ　に保持されている第３のカウンタＣＯＵＮ
Ｔ　３　の値（図２の■）となる。そして、この値に対
応するノートナンバーが図１のＲＯＭ９内のテーブルか
ら読み出され、変数ＰＩＴ　に移される（ステップＳ４
１２）。

【００７４】つぎに、ステータス・フラグと、すべての
カウンタと、変数ＭＡＸ　１　及びＭＡＸ　２の各内容
がクリアされ、初期状態にリセットされる（ステップＳ
４１３）。そのあと、図３のステップＳ３０７〜Ｓ３０
９のノートオン／オフ処理に進み、この処理において、
上述の入力音声信号のピッチ（音高）に対応するノート
ナンバーを有する楽音の新たな発音指示がなされる。

【００７５】すなわち、ステップＳ３０９に対応する図
６のフローで、ステップＳ６０１の判定がＹＥＳとなっ
た後、ステップＳ６０２で現在発音中の音がない（ＹＥ
Ｓ）と判定されたら、前述したように、ステップＳ６０
５で、ノートナンバーを示す変数ＰＩＴ　に応じた発音
指示が行われる。また、ステップＳ６０２で現在発音中
の音がある（ＮＯ）と判定されたら、前述したように、
ステップＳ６０３で、発音中のノートナンバーを示す変
数ＯＮ　ＮＯＷと抽出されたノートナンバーを示す変数
ＰＩＴ　の各値が比較される。その比較の結果、両者が
一致すれば、再発音する必要がないのでメインルーチン
（図３）に戻り、一致しなければ、発音すべきノートナ
ンバーが変化したことになり、現在発音中の音の消音が
音源５に指示され（ステップＳ６０４）、そのあとステ
ップＳ６０５で、新たなノートナンバーが格納された変
数ＰＩＴ　に応じた新たな発音指示が行われる。

【００７６】以上の発音指示の後、図３のステップＳ３
０９→Ｓ３０２〜Ｓ３０４へ進み、ＳＴＡＴＵＳ　ＦＬ
ＡＧ＝０　の状態から、いままでと同様な動作が繰り返
される。以上説明した実施例では、波形の振幅値０の基
準レベルに対して、正側の波形部分（例えば、図２の波
形ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・）について、それぞれの区分の
時間とＡ／Ｄ変換値の最大値を比較してピッチを抽出し
たが、本発明はこれに限られることなく、負側の波形部
分を用いてもまったく同様ピッチ抽出動作を行うことが
できる。

【００７７】さらに、基準レベルに対して正側と負側の
それぞれの波形について、並行して上述のピッチ抽出動
作を行い、それぞれの第３のカウンタＣＯＵＮＴ　３　
の値が所定の誤差を許容して一致した場合に、例えば２
つのＣＯＵＮＴ　３　の値の平均値を入力波形のピッチ
周期として求めれば、より精度の高いピッチ抽出が可能
である。

【００７８】また、図６のノートオン／オフの処理では
、発音中の楽音のピッチが変化した場合には、一度、消
音してから発音し直すような処理を行っているが、この
場合に、例えばエンベロープがそれほど変化してなけれ
ば消音はせずに音高のみを変化させるように、図２の音
源５に対して指示を行うことも可能である。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、ゼロクロス点間の間隔
がほぼ等しく波形の山が相似であると判別される時点を
抽出することによって、倍音成分による影響に関わらず
、入力波形のピッチを安定して抽出することが可能とな
る。この場合、特に、ゼロクロス点間の間隔だけでなく
、波形の山の高さに相当する振幅最大値も判定要素とす
ることで、より正確なピッチ抽出が可能となる。

【００８０】これにより、例えば倍音を含む歌声や楽音
などの音声波形から、その音高を示すピッチを確実に抽
出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。

【図２】入力音声信号の波形図である。

【図３】本実施例の動作フローチャート（その１）であ
る。

【図４】本実施例の動作フローチャート（その２）であ
る。

【図５】本実施例のエンベロープ検出に関する動作フロ
ーチャートである。

【図６】本実施例のノートオン／オフに関する動作フロ
ーチャートである。

【図７】本実施例の入力波形の最大値検出に関する動作
フローチャートである。

【符号の説明】

１　　　　キャパシタ ２　　　　Ａ／Ｄ変換器 ３　　　　ＣＰＵ ４　　　　ＲＡＭ ５　　　　音源 ６　　　　Ｄ／Ａ変換器 ７　　　　増幅器 ８　　　　スピーカ ９　　　　ＲＯＭ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力波形が負又は正の第１の極性から他方
   の第２の極性へゼロクロスするゼロクロス点からつぎに
   前記第２の極性から前記第１の極性へゼロクロスするゼ
   ロクロス点までの間隔を第１の間隔として計測する第１
   の間隔計測手段と、該第１の間隔計測手段が前記第１の
   間隔の計測を行っている間の前記入力波形の各振幅の最
   大値を第１の振幅最大値として計測する第１の振幅最大
   値計測手段と、前記第１の間隔計測手段による計測の終
   了後、前記入力波形が前記第１の極性から前記第２の極
   性へゼロクロスするゼロクロス点からつぎに前記第２の
   極性から前記第１の極性へゼロクロスするゼロクロス点
   までのそれぞれの区間の間隔を第２の間隔として順次計
   測する第２の間隔計測手段と、該第２の間隔計測手段が
   前記各第２の間隔の計測を順次行っているそれぞれの区
   間において前記入力波形の各振幅の絶対値の最大値を第
   ２の振幅最大値値として順次計測する第２の振幅最大値
   計測手段と、前記第１の間隔計測手段による計測が開始
   されたゼロクロス点からの間隔を逐次計測する第３の間
   隔計測手段と、前記第２の計測手段が前記各第２の間隔
   の計測を開始した各時点において前記第３の間隔計測手
   段が計測している間隔を周期情報として順次更新しなが
   ら記憶する間隔記憶手段と、前記第１の間隔計測手段が
   計測した前記第１の間隔と前記第２の間隔計測手段が順
   次計測した前記各第２の間隔が所定の許容誤差範囲内で
   一致し、かつ前記第１の振幅最大値計測手段が計測した
   前記第１の振幅最大値と前記第２の振幅最大値計測手段
   が順次計測した前記各第２の振幅最大値が所定の許容誤
   差範囲内で一致したか否かを順次判定する判定手段と、
   該判定手段が前記一致を検出した時点で前記時間記憶手
   段に記憶されている前記周期情報を前記入力波形のピッ
   チ情報として出力し、その後、前記第１の間隔計測手段
   による計測処理から順に前記各処理を繰り返させること
   により前記入力波形からピッチ情報を順次抽出する繰り
   返し制御手段と、を有することを特徴とするピッチ抽出
   装置。
2. 【請求項２】前記判定手段が前記一致を検出しなかった
   時点において、前記第３の間隔計測手段が計測している
   間隔が予め設定された最低音のピッチ周期に対応する間
   隔を越えたか否かを判定し、越えたと判定した場合に、
   前記第１の間隔計測手段による計測処理から前記各処理
   をやり直させる制限手段を、更に有することを特徴とす
   る請求項１に記載のピッチ抽出装置。